JP4403162B2 - 立体画像表示装置および立体画像の作製方法 - Google Patents

立体画像表示装置および立体画像の作製方法 Download PDF

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Description

本発明は、立体画像表示装置および立体画像の作製方法に関する。
多数の視差画像を表示するインテグラルフォトグラフィー法（以下、ＩＰ法とも云う）あるいは光線再生法と呼ばれる、立体像を何らかの方法で記録しこれを立体像として再生する方法が知られている。左右の眼から物体を見たときに、近い距離にあるＡ点をみた時の左右の眼と成す角度をα、遠い距離にあるＢ点をみた時の左右の眼となす角度をβとすると、αとβはその物体と観察者の位置関係に応じて異なる。この（α―β）を両眼視差と呼び、人はこの両眼視差に敏感で立体視をすることができる。
近年、眼鏡無しの立体画像表示装置の開発が進んでいる。これらの多くは通常の２次元表示装置（以下、２Ｄ表示装置とも云う）を用いるが、その２次元表示装置の前面、あるいは背面に何らかの光線制御素子を置くことにより、先に述べた両眼視差を利用し、観察者から見た時、あたかも２次元表示装置の表示面から前後数ｃｍの距離の物体から光線が出ているように２次元画像表示装置からの光線の角度を光線制御素子によって制御することにより、可能となる。背景には２次元画像表示装置の高精細化により、２次元画像表示装置の光線を数種類の角度（視差と呼ぶ）に振り分けても、ある程度、高精細の画像を得ることができるようになったためである。
インテグラルイメージング（略してＩＩ）方式の表示装置においては、一つのレンズから射出される光線は要素画像群の数に相当し、その数を視差数と呼ぶ。それぞれのレンズにおいて、視差光線は観測者の位置によらず、視域角内で等間隔の角度分布に射出される。
ＩＩ法を用いた立体画像表示装置において、飛び出し方向、奥行き方向に表示した立体物体の解像度について、非特許文献１に詳しく解説されている。非特許文献１では、一つのレンズあるいは射出瞳から、一つの要素画像が見える理想的な立体画像表示装置について述べている。そのため、レンズのデフォーカスなどにより、一つのレンズあるいは射出瞳に対して、複数の要素画像が見える表示劣化が起こった場合については述べていない。
また、左右のクロストークを画像処理で低減する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、二つの視差画像間の画像処理によりクロストークを低減させる方法であって具体的な処理としては平均化処理をしており、多重像の防止については述べられていない。
また、クロストークを利用した２次元画像の解像度を向上させる方法が知られている（特許文献２参照）。この方法はクロストークにより２次元画像の解像度が向上する場合について述べており、クロストークが立体画像を劣化させることに対する対策については述べられていない。（特許文献１）
また、レンズ裏置き＋バリア印刷により、焦点がぼけるレンズの端部を使わないという構造が知られている（特許文献３参照）。この構造はクロストークを常に低減する手法ではあるが、完全にクロストークがなくなるわけではなく、黒く印刷することにより、モアレが生じる場合がある。
非特許文献２には、ＩＩ方式の立体表示方法は平行投影のため、観測者がＩＩ方式の３次元画像を見る場合は、透視投影で見るため、ゆがみが生じることについて述べられている。
H. Hoshino, F. Okano, H. Isono and I. Yuyama "Analysis of resolution limitation of integral photography"J. Opt. Soc. Am, A15 (1998) 2059-2065. 特開２００１−２９８７５４号公報 特開２００５−９１６２３号公報 特開平０９−１０１４８１号公報 SID004Digest 1438p(2004)
立体画像表示装置の光線制御素子にレンズアレイを使用した場合、クロストークと呼ばれる、本来の視差光線に隣接視差画像の情報が混入する現象が生じる場合がある。
ここで、クロストークが生じる原因について、図２７、図２８を参照して説明する。図２７は、レンズ２の焦点距離が、レンズ２と２次元表示装置１との間よりも短い場合で、クロストークが２視差分生じている例を示す。図２８は、図２７の場合と逆で、レンズ２の焦点距離が、レンズ２と２次元表示装置１との間よりも長い場合で、クロストークが２視差分生じている例を示す。このように、クロストークはレンズのデフォーカスによって生じる場合がある。図２７および図２８において、符号２１はブラックマトリクス、符号２２はサブピクセル（例えば赤、青、または緑の画素）の幅の開口率、符号２３はサブピクセルの幅、符号２４はクロストーク２視差でレンズの集光中心がサブピクセル中心となる光線軌跡、符号２５はクロストーク２視差でレンズの集光中心がサブピクセル間となる光線軌跡をそれぞれ示す。
また、モアレ低減のために、通常の水平垂直方向の画素を持つ２次元表示装置に対して斜めにレンズを置き、３次元表示装置を作成する場合があり、クロストークが２視差以上必然的に生じる場合もある。
さらに、レンズ自体の球面収差などにより、光線射出方向によって生じる場合などがある。
図２９を参照して、立体画像において、クロストークが２視差以上生じた場合の観測者の目に入る立体画像について説明する。図２９において、符号１は２次元表示装置、符号２はレンチキュラーレンズ、符号３ａは飛び出し限界位置、符号７ａ、７ｂ、７ｃは、レンズ２ａ、２ｂ、２ｃに対応する要素画像、符号１２は立体物体の画像パターン、符号１１は２次元表示装置１上に投影され割り当てられた立体物体の画像パターン、１１ａはレンズ２ａに対応する要素画像群の画像パターン、１１ｂはレンズ２ｂに対応する要素画像群の画像パターン、１１ｃはレンズ２ｃに対応する要素画像群の画像パターン、符号１３は主視差光線、１４は隣接視差光線を示す。
主視差光線１３を観測者の正面に位置するとする。この主視差光線１３の隣接視差光線１４が、主視差光線１３に対応するレンズ、例えばレンズ２ｂの隣接レンズ２ａの主視差光線１３と交わる位置はレンズピッチから決まるナイキスト周波数と光線強度から決まる周波数が一致する位置３ａであって、飛び出し限界と呼ぶ。レンズ２の表面からこの飛び出し限界までの距離を飛び出し限界値Ｚｎｏという。また、奥行き方向にも同じ位置が存在し、奥行き限界と呼ぶ（非特許文献１参照）。
特許文献２より、立体画像のレンズ表面からの距離が飛び出し限界値以内では、多重像は生じにくい。なぜなら、図３０に示すように、クロストークにより生じた隣接視差光線１４の画像は、隣接レンズどうしの画像位置の内部を補間するような位置にあることが多いので、クロストークが生じても目立たず、座標の折り返しのような現象が起きないため、多重像が生じにくい。
しかし、図２９に示すように、飛び出し限界値Ｚｎｏより観測者側に飛び出した位置において、あるいは奥行き限界位置よりも奥行き方向の位置において、クロストークが生じた場合を考える。飛び出し領域IIの部分に置いた立体画像例を図２９に示すが、画像ＣとＤの間に画像ＡＢ、ＥＦが混入しており、画像ＣとＤの間にない立体物体の画像が見える。そのため、画像Ａの近傍の画像が、主視差光線の他、隣接視差光線で左右２度見えるため、多重像が生じるか、多重像の繰り返しピッチが狭いと画像がはっきりせず、ボケて見えるという問題点があることがわかった。
なお、図２９において、レンズアレイ２と２次元表示装置１間の距離ｇと、レンズ２の焦点距離ｆの関係で、ｇ＝ｆの場合、観測者に向かう光線において、ひとつの視差画像の情報のみ射出される。しかし、観測者がレンズを見る位置、立体画像表示装置の製造の精度などにより、必ずしも一つのレンズから一つの視差情報のみが、観測者の目に入ってくるとは限らない（図２７、２８参照）。
一つのレンズから複数の視差画像が見えるクロストークが生じた場合、レンズの背後にある２次元表示装置１の複数の要素画像の左右の位置関係と、実際に観測者の目に見える要素画像の左右の位置関係は、ｆ＜ｇ（図２７の場合）であれば、２次元表示装置１上の要素画像と目に見える要素画像の左右の位置関係は逆となり、ｆ＞ｇ（図２８の場合）であれば、２次元表示装置上の要素画像と目に見える要素画像の左右の位置関係は同一となる（特開２００５−９１６２３号公報参照）。このため、図２９に示した要素画像の見え方は、ｆ＞ｇ（図２８の場合）の場合を示している。
また、クロストークが多いことが原因ではないが、レンチキュラーレンズの１個から、２視差の要素画像が見えることがあり、表示劣化が起こる問題について図３１を参照して説明する。
ＩＩ方式は観測者の目に合わせて要素画像を射出しているわけではない。そのため、図３１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、立体画像表示装置の水平位置によって、光線の方向がレンズ２の背後にある２次元表示装置１のどの部分から射出されているかにより異なる。そこで、図３１の観測者１０１が見る立体物体１７がどのように見えるかを示す像１９を示し、図３１（１８）にそれぞれ、観測者１００が水平面の位置に応じ、どの要素画像を観測しているかを示す。例えば、光線方向がサブピクセルの中央にある場合は、ｍ視差の画像あるいはｍ−１視差の画像が見える位置があるが、光線方向がサブピクセル間のブラックマトリックスにある場合は、ｍ視差、ｍ−１視差の両方の画像が見えることになる（図３１（ｂ）参照）。非特許文献２により、ＩＩ方式の立体画像作成方法においては、水平方向は平行投影であるため、飛び出し方向であるｚ位置が大きくなればなるほど、水平方向に若干広がった立体画像を見ることになる。そのため、図３１（ｃ）に示すように、ｍ視差とｍ−１視差が１レンズ内に同時に見える水平位置では、立体画像の一部が重なったような立体物体を見ることになる。なお、図３１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、符号１は２次元表示装置、符号２はレンチキュラーレンズ、符号１３は主視差光線、符号１６は２次元表示装置１上に割り当てられた視差番号、符号１７は立体物体、符号１９は立体物体１７に関する観測者が見るｍ視差番号の画像パターン、符号２０は立体物体１７に関する観測者が見るｍ−１視差番号の画像パターンを示す。
上記表示阻害は、図２９からわかるように、主視差光線と隣接視差光線の関係において、隣接レンズの主視差光線の間に、隣接視差光線の画像がない飛び出し限界位置３ａよりも観測者側で立体物体が一部重なったような立体画像を一部の領域で見ることになり、観測者が立体物体として違和感を覚えるという表示阻害がある。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、クロストークによる多重像およびボケが発生するのを防止することのできる立体画像表示装置および立体画像の作製方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様による立体画像表示装置は、複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、を備え、前記２次元表示装置は、立体画像の一部または全部の位置が飛び出し限界値Ｚｎｏを示す位置よりも観測者に近い側にある場合、または奥行き限界値Ｚｆｏを示す位置よりも観測者から遠い側にある場合に、一つの視差方向に２以上３よりも少ない要素画像が射出されるときに、２視差毎の要素画像のうち１視差の要素画像に黒を表示するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の第２の態様による立体画像表示装置は、複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、を備え、前記２次元表示装置は、立体画像の一部または全部の位置が飛び出し限界値Ｚｎｏを示す位置よりも観測者に近い側にある場合、または奥行き限界値Ｚｆｏを示す位置よりも観測者から遠い側にある場合に、一つの視差方向に２以上３よりも少ない要素画像が射出されるときに、２視差毎の要素画像のうち１視差の要素画像に、立体物体の画像パターンと相関性のない背景画像を表示するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の第３の態様による立体画像表示装置は、複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、を備え、前記２次元表示装置は、立体画像の一部または全部の位置が飛び出し限界値Ｚｎｏを示す位置よりも観測者に近い側にある場合、または奥行き限界値Ｚｆｏを示す位置よりも観測者から遠い側にある場合に、一つの視差方向に３以上の要素画像が射出されるときに、３視差毎の要素画像のうち２視差の要素画像に黒を表示するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の第４の態様による立体画像の作製方法は、複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
を備えている立体画像表示装置の立体画像の作製方法において、立体物体の飛び出しおよび奥行き座標位置を取得するステップと、前記座標位置の中うち、前記表示面に垂直な方向の座標において、前記立体物体の視差画像中、２視差ごとに１視差の画像に黒または前記立体物体の背後にある画像パターンを挿入するステップと、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第５の態様による立体画像の作成方法は、複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、を備えている立体画像表示装置における、それぞれの視差画像がデプスマップを有する視差画像群を用いる立体画像の作製方法であって、前記デプスマップにおいて飛び出し限界値より飛び出し位置が大きい場合かまたは奥行き限界値より奥行き位置にある画像に対して、２視差ごとの前記要素画像のうち１視差の画像を黒、あるいは前記立体物体の背後にある画像パターンを挿入するステップを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、クロストークによる多重像およびボケが発生するのを防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による立体画像表示装置を、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の立体画像表示装置において、観測者の目に入る立体画像の画像パターンを説明する図であって、本実施形態の立体画像表示装置の上面図である。
本実施形態の立体画像表示装置は、画素がマトリクス状に配置された２次元表示装置１と、この２次元表示装置１の表示面の前面に設けられ２次元表示装置１からの光線を制御する光線制御素子として、複数のレンズからなるレンチキュラーレンズ２と、を備えている。
図１において、観測者はレンチキュラーレンズ２の表面１２０から視距離Ｌだけ離れている視距離面１００に位置し、表示面の中央部に向かっている。観測者が見る視差画像の光線軌跡を主視差光線１３と呼び、図１では実線で示す。その主視差光線１３と隣接する視差情報を持つ画像の光線軌跡を隣接視差光線１４と呼び、点線で示す。クロストークがない場合は観測者から隣接視差光線１４は見えない。
本実施形態の立体画像表示装置においては、立体画像表示装置によって表示される立体画像の一部または全部の位置ｚが飛び出し限界値Ｚｎｏを示す位置３ａよりも観測者に近い側にある場合（ｚ＞Ｚｎｏ）すなわち、図１に示す領域ＩＩにある場合、または奥行き限界値Ｚｆｏを示す位置３ｂよりも観測者から遠い側にある場合（ｚ＜Ｚｆｏ）に、クロストークが２視差以上３視差より少ないときに（一つの視差方向に２以上３よりも少ない要素画像が射出されるときに）、２視差毎の要素画像のうち１視差の要素画像に黒を表示するようにした構成となっている。なお、位置ｚは、レンチキュラーレンズ２のレンズの表面１２０を０とし、このレンズから観測者側に向かう方向を正とし、観測者と反対側に向かう方向を負としてある。したがって、奥行き限界値Ｚｆｏは負の値となっている。なお、位置ｚが飛び出し限界値Ｚｎｏ以内（図１に示す領域Ｉ）または奥行き限界値Ｚｆｏ以内であれば、多重像は生じにくい。これは、クロストークにより生じた隣接視差光線の画像は、隣接レンズどうしの画像位置の内部を補間するような位置にあることが多いので、クロストークが生じても目立たず、座標の折り返しのような現象が起きないため、多重像が生じにくいと考えられる。
本実施形態の立体画像表示装置において、立体物体の一水平方向の画像パターン１２が画像Ａ、ＡＢ、Ｂ、ＢＣ、Ｃ、ＣＤ、Ｄ、ＤＥ、Ｅ、ＥＦ、Ｆ、ＦＧ、Ｇからなっているとする。この場合、２次元表示装置１上での立体物体の画像パターン１１は、レンチキュラーレンズ２のレンズ２ａに対する要素画像群のパターン１１ａとして要素画像ＤＥ、Ｃ、ＡＢを含み、レンチキュラーレンズ２のレンズ２ｂに対する要素画像群のパターン１１ｂとして要素画像ＥＦ、Ｄ、ＢＣを含み、レンチキュラーレンズ２のレンズ２ｃに対する要素画像群のパターン１１ｃとして要素画像ＦＧ、Ｅ、ＣＤを含むように構成される。このような２次元表示装置１上の要素画像に対して、２視差毎の要素画像のうち１視差の要素画像、すなわち図１においては、要素画像ＤＥ、ＡＢ、ＥＦ、ＢＣ、ＦＧ、ＣＤを黒表示（図１では濃淡を付けて表示）する。すると、視距離面１００の位置にいる観測者が見る、レンズ２ａの要素画像７ａは、黒表示するように修正された要素画像ＤＥ、修正されない要素画像Ｃ、黒表示するように修正された要素画像ＡＢから構成され、レンズ２ｂの要素画像７ｂは、黒表示するように修正された要素画像ＥＦ、修正されない要素画像Ｄ、黒表示するように修正された要素画像ＢＣから構成され、レンズ２ｃの要素画像７ｃは、黒表示するように修正された要素画像ＦＧ、修正されない要素画像Ｅ、黒表示するように修正された要素画像ＣＤから構成される。要素画像Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは主視差光線１３に対応する主視差画像であり、湯素画像ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＥＦ、ＦＧは、隣接視差光線１４に対応する隣接視差画像となっている。
このように、本実施形態においては、観測者に観測される立体物体の画像パターンは２視差ごとに１視差分を黒表示し、特に、隣接視差画像を黒表示している。これにより、図 ２９に示す従来の場合と異なり、主視差光線１３の両脇に見える隣接視差光線１４による画像が黒く表示され、例えば主視差画像ＣとＤの間に隣接視差画像ＡＢ、ＥＦが黒く表示され、本来の視差光線のみが観測者に見えることになり、多重像およびボケを防止できる。
なお、上記飛び出し限界値Ｚｎｏ、奥行き限界値Ｚｆｏは非特許文献１より、
Ｚｎｏ＝Ｌ×Ｄ／（１＋Ｄ）
Ｚｆｏ＝−Ｌ×Ｄ／（１−Ｄ）
であり、ここでＤは、Ｌを視距離、ｌｐをレンズのピッチ、２θを視域角、ｐｐを２次元表示装置１の画素ピッチとすると、
Figure 0004403162
 と表される。
次に、より具体的に、隣接視差光線を黒く表示することによるクロストークの低減度合いについて説明する。
２次元表示装置の垂直方向の画素列に対して、平行な光軸を有するレンズが複数個並んで配置された縦レンチキュラーレンズを光線制御素子として用いた場合の観測者の水平位置に対する１サブピクセルに相当する視差光線の光線強度の相対値について、クロストークが２視差の場合において考える。
縦レンチキュラーレンズを、マトリクス状に配置された画素をもつ２次元表示装置上に置き、立体画像表示装置を実現する場合を考える。図２に、この立体画像表示装置の要素画像のマッピングの一例を示す。図２より、１レンズあたりの要素画像を、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１としているが、それぞれ赤の１視差画像、緑の１視差画像、青の１視差画像を表している。図２に示した符号５６が観測者の目に届く光線のレンズアレイによる集光面積である。集光面積５６が水平方向に幅が大きいほど、観測者の目に届く視差光線に複数の要素画像５７の情報が混入するため、クロストークが大きくなる。経験値として、クロストークが２視差を超えた状態になると、立体画像としては劣化していく傾向となる。図２はクロストークが２視差の場合の集光面積５６を示している。
ここでクロストーク２視差とは、従来技術で説明した図２７、図２８に示すように、レンズのデフォーカス等により、レンズ２の焦点距離がレンズと２次元表示装置とのギャップに一致せず、レンズから射出される要素画像が２次元画像表示装置の２視差分となることを想定する。図１では、特に、左右方向において要素画像と同じ方向のクロストーク画像が見える場合であるので、図２７に示すように、レンズ２の焦点距離がレンズと２次元表示装置とのギャップより短い場合に相当する。
従来の立体画像表示装置において、クロストークが２視差の場合の水平相対位置による光線強度を計算で求めた結果を図３に示す。計算条件は以下のようである。２次元表示装置にはサブピクセル間に配線を隠蔽するためのブラックマトリックスがあるが、ブラックマトリックスの割合は１０％、開口率は９０％とする。また、すべての視差光線の輝度については、輝度１００％とする。そこで、ひとつの視差光線の輝度は、クロストーク２視差の場合は、ブラックマトリックスも考慮すると、最大４５％になる。
従来は、図３に示すように、例えば水平相対位置の０から１の部分では最大３視差分見えるところが生じていることがわかる。
これに対して、本実施形態の立体画像表示装置のように、２視差のうち１視差分黒表示した場合の輝度分布の計算結果を図４に示す。図４を図３と比較すると、従来ではすべての水平相対位置で２視差以上見えていたが、本実施形態のように２視差のうち１視差分黒表示を行うと２視差分見える領域が全体の半分に低減することがわかる。
ここで、グラフには示さないが、元々のクロストーク量が１．５視差以下の場合は、２視差分見える領域がなくなることが図４に示す結果より類推することができる。
また、１レンズ内の要素画像２個のうち、１個黒くすることはどういうことかを具体的に説明する。通常、要素画像は、それぞれの視差画像のあるレンズ位置の１要素となっている。例えば、あるレンズの要素画像は、１視差、２視差、３視差、…、２ｎ（＝Ｎ）視差の、そのレンズ位置における画像を表示している。隣接レンズの要素画像は、視差画像としては一つ座標がずれた位置の、１視差、２視差、３視差、…、２ｎ（＝Ｎ）視差の、そのレンズ位置における画像を表示している。すなわち、要素画像において、２個のうち、交互に１個を黒挿入するということは、常に、２視差、４視差、…、２ｎ（＝Ｎ）視差の全体画像を黒くすることと等価である。
例えば、１２視差の場合、通常視差画像としては
１視差、２視差、３視差、４視差、…、１２視差
存在するが、上記視差画像のうち、
２視差、４視差、…、６視差を全画面黒くする、すなわち視差画像の段階で黒くすることにより、クロストークによる多重像およびボケを防止した立体画像を得ることができる。
また、もう一つの作成方法として、立体表示を行うための視差画像の合成が終了した段階で、要素画像を２個のうち、１個を黒くしてもよい。この場合も本実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本実施形態の立体画像表示装置における、視差画像マッピングの一例を図５に示す。例えば、視差数が１２視差の場合、通常要素画像として水平方向に
１視差、２視差、３視差、４視差、…、１２視差
と並ぶ。そこで、図５に示すように、例えば偶数視差を黒くすると
１視差、黒、３視差、黒、５視差、…、黒
となる。これらの操作により、クロストークを低減することができる。
また、本実施形態の変形例による立体画像表示装置の視差画像マッピングの一例を図６に示す。本変形例の立体画像表示装置は、光線制御素子として、２次元表示装置の垂直方向の画素列に対して、光軸が傾斜した配置のレンズアレイを有する構造を用いたものである。この変形例において、視差数が１６視差とし、例えば、偶数視差を黒くするようにすると、図６に示すように、ある規則性をもった画素を黒くすることにより、実現できることがわかる。
以上説明したように、本実施形態によれば、クロストークによる多重像およびボケが発生するのを防止することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による立体画像表示装置の図７を参照して説明する。
第１実施形態のように、２視差のうち１視差に黒を挿入する、すなわち１視差を黒表示すると、画面位置により見る視差数が異なるため、黒挿入した部分は暗くなり、その他の部分は明るいままであるとモアレが生じやすくなる。
そこで、本実施形態の立体画像表示装置においては、第１実施形態と異なり、立体物体の画像パターン１２とは相関性のない背景画像を２視差ごとに１視差入れる。これにより、違和感の少なく、多重像、あるいはボケを防止した立体画像を得ることができる。例えば、図７においては、立体物体の画像パターン１２のうち、隣接視差光線５４に対応する視差画像ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＦ、ＦＧを立体物体の画像パターン１２とは相関性のない背景画像（図７中１０２）と置き換える。
具体的には、１２視差の場合、通常、要素画像としては中央位置での要素画像群は、水平方向に、
１視差、２視差、３視差、４視差、…、１２視差
と並ぶ。これに対して本実施形態においては、要素画像群は
１視差、背景、３視差、背景、４視差、…、背景
となる。黒を挿入した場合は場所による輝度変化が起こり、モアレが生じ、画像劣化が起こる場合がある。これに対して、本実施形態のように、背景画像を挿入すれば、背景がある程度輝度に分布を持ったものであると、観測者の方向による輝度が平均化され、モアレは起こりにくくなるというメリットがある。なお、図７において、符号７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれレンズ２ａ、２ｂ、２ｃの要素画像であり、符号１１は２次元表示装置１上での立体物体の画像パターンであり、符号１１ａはレンチキュラーレンズ２のレンズ２ａに対する要素画像群のパターンであり、符号１１ｂはレンズ２ｂに対する要素画像群のパターンであり、符号１１ｃはレンズ２ｃに対する要素画像群のパターンである。
本実施形態においては、隣接視差光線に対応する視差画像ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＥ、ＥＦ、ＦＧが、立体物体の画像パターン１２と相関性のない背景画像に置き換わるので、主視差光線１３間は背景画像が挿入された隣接視差光線５４となり、クロストークが発生せず、このため多重像およびボケが発生しない。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による立体画像表示装置を、図８を参照して説明する。
クロストークは少なければ少ない方が良いため、クロストークがあっても２〜３視差以内であることが良い。ここで、２視差の場合は第１および第２実施形態のように、２視差画像ごとに１視差画像分、黒を挿入すれば多重像は防止できる。
しかし、クロストークが３視差以上になると図８に示すように、主視差光線１３である中央の視差光線に一番近い隣接視差光線だけでなく、２番目に近い隣接視差光線も主視差光線の両脇に出てくる。
このため、本実施形態の立体画像表示装置は、図８に示すように、３視差ごとに２視差黒挿入を行う。例えば、２次元表示装置１に割り当てられる立体物体の画像パターン１１のレンズ２ｂに対応する要素画像１１ｂにおいては、主視差光線１３に対応する要素画像Ｄの両側の隣接光線に対応する要素画像ＢＣ、ＥＦ、ＧＨ、ＺＡを黒表示する。これにより、観測者は主視差光線１３のみ見ることができ、多重像を防止できる。ただし、３視差に２視差黒挿入を行うと、かなり視差光線が間引かれるため、光線密度が高いもの、すなわちＮ（視差数）／２θ（視域角）が比較的高いものに有効である。黒の挿入の代わりに、背景画像を挿入すると、背景画像の方が立体物体より目立ってくるので、３視差に２視差間引く場合は黒を挿入する方がよい。なお、図８において、符号７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれレンズ２ａ、２ｂ、２ｃの要素画像であり、符号１１は２次元表示装置１上での立体物体の画像パターンであり、符号１１ａはレンチキュラーレンズ２のレンズ２ａに対する要素画像群のパターンであり、符号１１ｂはレンズ２ｂに対する要素画像群のパターンであり、符号１１ｃはレンズ２ｃに対する要素画像群のパターンである。
本実施形態も、クロストークによる多重像およびボケが発生するのを防止することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による立体画像表示装置を説明する。
立体物体の画像パターンに対応する視差光線に黒を挿入し、光線数を間引いた場合は、輝度が暗くなる。例えば、２視差ごとに１視差黒を挿入した場合、輝度は平均で１／２になる。
そこで、本実施形態の立体画像表示装置においては、第１または第３実施形態の立体画像表示装置において、隣接視差光線に黒を挿入したところのみ、輝度補正を行うようにした構成となっている。輝度補正値としては、図９に示すように輝度と階調（グレースケール）の関係がある。そこで、飛び出し限界、あるいは奥行き限界を超えた立体物体を抽出し、その立体物体に対して、輝度を２倍にするための階調増加率を計算して、輝度補正を行うとよい。また、立体物体の輝度がもともと高く２倍にすると輝度が１００％を超える場合は、立体物体以外の輝度を１／２にし、全体の輝度バランスを調整することもできる。あるいは、もう一つの方法として、立体物体の輝度がもともと高く２倍にすると輝度が１００％を超える場合は、立体物体以外の輝度を１／２にし、さらに、バックライトで２倍の輝度にすることにより、全体の輝度をもとの輝度と同じようにすることもできる。上記は静止画の場合特に、２重像、輝度バランスが目立つため、行った方がよい。
本実施形態も、クロストークによる多重像およびボケが発生するのを防止することができる。
次に、上記第１乃至第４実施形態による立体画像表示装置におけるクロストーク低減の処理を説明する。
図１０は立体物体２００Ａ、２００Ｂが立体画像表示装置の表示面、すなわち、図１に示すレンチキュラーレンズ２の表面１２０に対してどのような位置にあるかを示した概略図である。図１０には、飛び出し位置が、飛び出し限界値Ｚｎｏ以上に存在する立体物体２６と飛び出し限界値以内にある立体物体２７が示されている。図１０に示す立体物体２６，２７のうち、立体物体２６についてクロストーク低減の処理を施す。
次に、図１１は、別の立体物体２８が表示面１２０に対してどのような位置にあるかを示した概略図である。図１１は飛び出し位置が、飛び出し限界値以内と飛び出し限界値以上にまたがって存在する立体物体２８が示されている。図１１に示す立体物体２８もクロストーク低減の処理を施す。
図１０に示すように配置された立体物体２６、２７において、視差画像（、もしくはカメラ画像）を作成（、もしくは取得）する際に、図１２に示すように、立体物体２６のみをモデルの段階でｍ視差ないしそれ以上必要な視差数の視差画像（、もしくはカメラ画像）を作成（、もしくは取得）する。このように作成（、もしくは取得）した図１２に示す複数の視差画像（、もしくはカメラ画像）群を、以後、特定立体視差画像群と呼ぶ。上記特定立体視差画像群の作成と同時に、図１３に示すように、通常どおり、立体物体２６、立体物体２７と背景画像を含んだｍ視差ないしそれ以上必要な視差数の視差画像（、もしくはカメラ画像）を作成（、もしくは取得）する。この図１３に示す複数の視差画像群（、もしくはカメラ画像）を以後、通常視差画像群（、もしくはカメラ画像）と呼ぶ。なお、図１２、１３の視差画像群（、もしくはカメラ画像）は立体物体２６、２７を上面からみた場合を示している。
図１２に示すように、立体物体２６において、視差画像（、もしくはカメラ画像）を作成（、もしくは取得）した特定立体視差画像群に関して、偶数視差と奇数視差に分け、両者のどちらかを黒にする。図３２に示す上記特定の視差画像を黒にした視差画像群（、もしくはカメラ画像）を以後、特定黒挿入視差画像群と呼ぶ。図３２に示す特定黒挿入視差画像（、もしくはカメラ画像）と図１３に示す通常視差画像（、もしくはカメラ画像）を合成する。その際、黒が挿入された視差画像（、もしくはカメラ画像）を通常視差画像（、もしくはカメラ画像）に書き込むことにより、図３３に示す飛び出し限界、奥行き限界を超えた立体物体のうち、２視差のうち１視差を黒表示した視差画像群ができる。最後に、図１に示す３Dディスプレイのレンズ背面にある２次元表示装置１に表示する要素画像アレイに、図３３に示す視差画像群をレンダリングすることにより、クロストーク低減可能な３Dディスプレイ用画像ができる。
また、図１２に示した立体物体２６において、視差画像（、もしくはカメラ画像）を作成（、もしくは取得）した特定立体視差画像群に関して、偶数視差と奇数視差に分け、両者のどちらかを削除した視差画像群を図１４に示す。次に、図１５に示すように、立体物体２６をモデルの段階で削除し、立体物体２７と背景画像を含んだｍ視差ないしそれ以上必要な複数の視差数の視差画像群（、もしくはカメラ画像）を作成（、もしくは取得）する。この図１５に示す視差画像群を以後、背景視差画像群と呼ぶ。図１４に示す一部の視差画像を削除した特定立体視差画像と図１５に示す背景視差画像（、もしくはカメラ画像）を合成する。その際、図１４に示す特定立体視差画像（、もしくはカメラ画像）を図１５に示す背景視差画像（、もしくはカメラ画像）に上書きすることにより、図３４に示す背景画像を挿入した第２実施形態立体画像表示装置のレンダリング後の画像を作成（、もしくは取得）することができる。なお、図１４、１５の視差画像（、もしくはカメラ画像）は立体物体２６、２７を上面からみた場合を示している。
また、図１０において、視差画像（、もしくはカメラ画像）を作成（、もしくは取得）する際に、図１３の特定立体視差画像群と図１５の背景視差画像群を取得する。次に、図１６、図１７に示すように、偶数視差の時、あるいは奇数視差の時に交互に図１６と図１７に示す視差画像（、もしくはカメラ画像）を選択することにより、図３４のような背景画像を挿入したレンダリング後の画像を作成（、もしくは取得）することができる。なお、図１６、１７の視差画像（、もしくはカメラ画像）は立体物体２６、２７を上面からみた場合を示している。
これまでは立体画像において、図１０、図１１に示すようにモデルの段階で、クロストークを低減する手法を用いる方法について述べた。別の手法として、１３に示すように、既にｍ視差ないしそれ以上必要な視差数の視差画像（＝カメラ画像）が存在し、かつ、それぞれの視差画像（＝カメラ画像）におけるデプスマップが図１８に示すように存在する場合がある。その場合は図１３の通常視差画像群において、飛び出し限界位置以上、奥行き限界以上に表示面から離れている位置にある領域を図１８に示すデプスマップより座標を抽出する。その後、偶数視差、あるいは奇数視差において、その座標位置に黒を挿入した図１９に示すような視差画像群を作り、それらをレンダリングすることにより、第１実施形態の立体画像表示装置におけるレンダリング後の画像を作成することができる。
以上説明したことにより、本発明の一実施形態による立体画像の作製方法は、複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数のレンズが並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、を備えている立体画像表示装置において、
立体物体の飛び出しおよび奥行き座標位置を取得するステップと、
前記座標位置の中うち、前記表示面に垂直な方向の座標において、前記立体物体の視差画像中、２視差ごとに１視差の画像に黒または前記立体物体の背後にある画像パターンを挿入するステップと、
を備えるように構成することができる。
また、本発明の一実施形態による立体画像の作製方法は、それぞれの視差画像がデプスマップを有する視差画像群を用いて立体画像作製する立体画像の作製方法において、
前記デプスマップにおいて飛び出し限界値より飛び出し位置が大きい場合かまたは奥行き限界値より奥行き位置にある画像に対して、２視差ごとの要素画像のうち１視差の画像を黒、あるいはその立体物体の背後にある画像パターンを挿入するステップを備えるように構成することができる。
また、上記第１乃至第２実施形態の立体画像表示装置においては、２視差画像に対して１視差分黒の挿入を行っている。すなわち図２０に示すように、１個のレンズ例えばレンズ２ａからの光線は黒挿入または背景挿入しない視差光線３７と、黒挿入または背景挿入した視差光線３８とからなり、観測者２００の目に入る視差光線の強度は小さくなる。そこで、問題となるのは視距離Ｌにおいて、左右の眼間距離ｗｅｙｅ比べて、光線強度より決まる視距離での光線ピッチが広くなった場合、立体画像を両目で認識できなくなる。この現象はもともとの視域角度が広い場合に起こりやすい。
そこで、１個のレンズ当たりの全要素画像数をＮ、１個のレンズ当たり射出される視域角度を２θ、左右の眼の眼間距離をｗｅｙｅとしたとき
２×ＴＡＮ（２θ／Ｎ）×Ｌ＜ ｗｅｙｅ （１）
となるような視差数、視域角の場合に２視差中１視差に黒挿入、あるいは背景画像挿入して立体表示を行うようにする。このようにすることにより、表示劣化が起こらない。
従来の画像表示装置、すなわち黒挿入または背景挿入を行わない立体画像表示装置の表示と、上記実施形態の立体画像表示装置の表示、すなわち黒挿入した表示とで、視距離での光線間隔がどのようになったかを図２１に示す。従来に比べて、黒挿入を行うと、同じ視距離でも光線強度が２倍になっていることが図２１よりわかる。また、（１）式および図２１より、光線間隔が眼間距離６５ｍｍより大きくなるのは、視域角度４５度１２視差で視距離５００ｍｍ以上である。よって、視域角度４５度１２視差で視距離５００ｍｍ以下で立体画像をみるようにすればよい。
図２１に視差数、視域角による、ある視距離での光線間隔を求めたが、眼間距離が６５ｍｍ以下にするためには、同じ視差数の場合、視域角が大きければ大きいほど視距離を短くしなければならないことがわかる。
従来の技術では、図３１に示すように、観測者が立体物体をみた場合、飛び出し限界より飛び出した位置、あるいは奥行き限界より奥行き位置にある物体について、ｍ−１視差、ｍ視差と水平方向の位置で観測される視差画像が移り変わる時に、ｍ−１視差とｍ視差が両方見える位置で、２重像になることについて述べた。
そのため、第１実施形態のように、２視差画像のうち１視差画像を黒くすることにより、図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、２重に重なる部分が目立たなくなる。そこで、より目立たなくするためには、立体物体の幅が、観測者から見た場合、２視差ごとに１視差黒挿入を行った場合、ｍ−１視差、ｍ視差のみにまたがった水平位置であると、立体物体の不連続部をより目立たせなくすることができる（図２２（ｂ）、（ｃ）参照）。なお、図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、符号１は２次元表示装置、符号２はレンチキュラーレンズ、符号１３は主視差光線、符号１６は２次元表示装置１上に割り当てられた視差番号、符号１７は立体物体、符号１９は立体物体１７に関する観測者が見るｍ視差番号の画像パターン、符号２０は立体物体１７に関する観測者が見るｍ−１視差番号の画像パターンを示す。
図２５よりその条件を求める。図２５より、立体物体１７の飛び出し量ｚ、幅ｗ、視距離Ｌとすると、
ｗ＜２×ＴＡＮ（２θ／Ｎ）×（Ｌ−ｚ）
を満たすようにすると良い。図２５は従来の立体物体の２重像に見えない立体物体を示し、図２６は本発明の一実施形態において、２重像に見えない立体物体を示す。図２５より、クロストーク量が２視差程度である場合、ある任意の視差画像が隣接する視差画像よりも主要に見える領域は、観測者２００からあるレンズの中心方向に光線軌跡を伸ばした場合、あるｍ視差の視差画像の右隣に存在するブラックマトリックスに到達する位置から、あるｍ視差の視差画像の左隣に存在するブラックマトリックスに到達する位置までの範囲となる。そして、図２５において、上記範囲より左側に立体物体１７がある場合はｍ−１視差画像が主要に見える領域となり、上記範囲より右側に立体物体１７がある場合はｍ＋１視差が主要に見える領域となる。
第１実施形態の場合のように２視差ごとに黒を挿入した場合、クロストークによる多重像を防ぐことができることについて述べてきた。図２６において、ｍ視差画像、ｍ＋２視差画像に黒を挿入した場合、すなわち視差光線３８に対応する視差画像に黒を挿入した場合は、ｍ−１視差画像（視差光線３７に対応する視差画像）が主要に見える領域は、図２５のｗの幅のほぼ２倍にあたる広い範囲となる。具体的な範囲について図２６を用いて説明する。
１レンズあたりの全要素画像数をＮ、１レンズあたり射出される視域角度を２θ、立体物体１７の飛び出し量ｚ、幅ｗ、視距離Ｌとする。θが十分小さく、ｔａｎ（２θ／Ｎ）＝２θ／Ｎが成り立つ領域であると仮定すると、１視差分が主要に見える領域は、全体の視域角を視差数で割った値である（２θ／Ｎ）の角度分である。
そのため、図２５に示す三角形の相似関係より、
Ｔａｎ（２θ／Ｎ）＝ｗ／（Ｌ−ｚ）
ｗ＝Ｔａｎ（２θ／Ｎ）×（Ｌ−ｚ）
図２６において、ｍ視差画像、ｍ−２視差画像を黒くすることにより、ｍ−１視差画像が主要に見える領域が２倍となるため、
２ｗ＝ ２×Ｔａｎ（２θ／Ｎ）×（Ｌ−ｚ）
の範囲の立体物体１７を多重像にならずに表示できる。
図２５および図２６より、黒挿入を行った方が、不連続を見せないための立体物体１７の幅が広くできることがわかる。
具体的な効果については、図２２、図２３を用いて説明する。図２３より、飛び出しが５０ｍｍの場合、従来は視距離５００ｍｍでは立体物体の水平幅が２０ｍｍ以下でないと図３１のような不連続面が見える。しかし、クロストーク２視差程度で、第１実施形態のように２視差中１視差に黒挿入することにより、立体物体の水平幅が４０ｍｍ以下のものにおいて、不連続なく立体画像を見ることができ、その不連続面も図２２（ｃ）に示すように、二重に見えるような劣化は大きく低減する。
もうひとつの具体例として、図２４を用いて説明する。図２４より、飛び出し位置の場合はディスプレイから離れれば離れるほど、不連続なくみえる立体物体の限界幅が狭くなるが、奥行き位置の場合はディスプレイから離れれば離れるほど、不連続がみえる立体物体の限界幅が大きくなっていることがわかる。
インテラクティブで立体画像表示装置用の立体情報の計算を行う際にも、画像劣化が目立たない程度で、視差画像を間引きすると計算負荷が低減し、処理速度が向上するというメリットがある。
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、飛び出し位置が飛び出し限界を超えた場合、奥行き位置が奥行き限界を超えた場合の多重像を抑制し、クロストークによるぼけを防止することにより、見かけ上解像度限界のｚ方向の距離を伸ばすことができる。また、クロストーク低減によるモアレを飛び出し位置によって黒挿入、あるいは背景を挿入する位置を限定することにより、目立たなくさせる立体表示装置を提供することができる。
第１実施形態による立体画像表示装置を説明する図。 ２次元表示装置、縦方向のレンズアレイを組み合わせた立体画像表示装置における要素画像のマッピングの一例を示す図。 視差画像に黒を挿入しない立体画像表示装置の光線輝度と水平相対位置の関係を示す図。 第１実施形態の立体画像表示装置の光線輝度と水平相対位置の関係を示す図。 第１実施形態の立体画像表示装置における要素画像を示す図。 第１実施形態の一変形例による立体画像表示装置における要素画像を示す図。 第２実施形態の立体画像表示装置を説明する図。 第３実施形態の立体画像表示装置を説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置における輝度とサブピクセルのグレースケールの関係を示す図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるモデルベースの立体物体を示す図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるモデルベースの立体物体を示す図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 ２視差中１視差に黒挿入、背景挿入した場合の観測者の目に入る光線強度が弱くなることを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置における視距離と観測者の単眼での光線間隔を示す図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置の他の効果を説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置における視距離に対する飛び出し量Ｚと立体物体の水平幅の関係を示す図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置における飛び出し、奥行き位置に対する、飛び出し量Ｚと立体物体の水平幅の関係を示す図。 従来の立体画像表示装置において、立体物体の任意の視差画像が隣接視差画像よりも主に見える範囲を説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置において、立体物体の任意の視差画像が隣接視差画像よりも主に見える範囲を説明する図。 レンズと２次元表示装置の表示面とのギャップが短い場合におけるレンズのデフォーカスによるクロストークが生じる１例を示す図。 レンズと２次元表示装置の表示面とのギャップが長い場合におけるレンズのデフォーカスによるクロストークが生じる１例を示す図。 従来の立体画像表示装置を説明する図。 従来の立体画像表示装置を説明する図。 従来の立体画像表示装置の視差が移り変わる時の立体物体の見え方を説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。 本発明の一実施形態による立体画像表示装置におけるレンダリングプロセスを説明する図。
符号の説明
１ ２次元表示装置
２ レンチキュラーレンズ
２ａ、２ｂ、２ｃ レンズ
３ａ 飛び出し限界位置
７ａ 正面にいる観測者がみるクロストーク２視差におけるレンズ２ａの要素画像
７ｂ 正面にいる観測者がみるクロストーク２視差におけるレンズ２ｂの要素画像
７ｃ 正面にいる観測者がみるクロストーク２視差におけるレンズ２ｃの要素画像
１１ ２次元表示画像上に投影され割り当てられる立体物体の画像パターン
１１ａ レンズ２ａに対する要素画像群のパターン
１１ｂ レンズ２ｂに対する要素画像群のパターン
１１ｃ レンズ２ｃに対する要素画像群のパターン
１２ 立体物体の画像パターン
１３ 主視差光線
１４ 黒挿入した隣接視差光線
１６ ２次元表示装置上に割り当てられた視差番号
１７ 立体物体
１８ 正面にいる観測者がみる画像の視差番号
１９ 立体物体１７において観測者が見るｍ視差番号の画像パターン
２０ 立体物体１７において観測者が見るｍ−１視差の画像パターン、
２１ ブラックマトリックス
２２ サブピクセル幅の開口率
２３ サブピクセル幅
２４ クロストーク２視差でレンズの集光中心がサブピクセル中心となる光線軌跡
２５ クロストーク２視差でレンズの集光中心がサブピクセル間となる光線軌跡
２６ 飛び出し限界より前、あるいは奥行き限界より奥の立体物体
２７ 飛び出し限界より奥、あるいは奥行き限界より前の立体物体
２８ 飛び出し限界をまたがっている立体物体
３７ 黒挿入、あるいは背景画像を挿入しない視差光線
３８ 黒挿入、あるいは背景画像を挿入した隣接視差光線
１０１ 観測者
１０２ 背景画像

Claims (9)

  1. 複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、
    前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
    を備え、
    前記２次元表示装置は、立体画像の一部または全部の位置が飛び出し限界値Ｚｎｏを示す位置よりも観測者に近い側にある場合、または奥行き限界値Ｚｆｏを示す位置よりも観測者から遠い側にある場合に、一つの視差方向に２以上３よりも少ない要素画像が射出されるときに、２視差毎の要素画像のうち１視差の要素画像に黒を表示するようにしたことを特徴とする立体画像表示装置。
  2. 複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、
    前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
    を備え、
    前記２次元表示装置は、立体画像の一部または全部の位置が飛び出し限界値Ｚｎｏを示す位置よりも観測者に近い側にある場合、または奥行き限界値Ｚｆｏを示す位置よりも観測者から遠い側にある場合に、一つの視差方向に２以上３よりも少ない要素画像が射出されるときに、２視差毎の要素画像のうち１視差の要素画像に、立体物体の画像パターンと相関性のない背景画像を表示するようにしたことを特徴とする立体画像表示装置。
  3. 複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、
    前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
    を備え、
    前記２次元表示装置は、立体画像の一部または全部の位置が飛び出し限界値Ｚｎｏを示す位置よりも観測者に近い側にある場合、または奥行き限界値Ｚｆｏを示す位置よりも観測者から遠い側にある場合に、一つの視差方向に３以上の要素画像が射出されるときに、３視差毎の要素画像のうち２視差の要素画像に黒を表示するようにしたことを特徴とする立体画像表示装置。
  4. 飛び出し限界、あるいは奥行き限界を超えた立体物体を抽出し、前記立体物体に対して、輝度を２倍にするための階調増加率を計算して輝度を補正することを特徴とする請求項１または３記載の立体画像表示装置。
  5. １レンズあたりの全要素画像数をＮ、１レンズあたり射出される視域角度を２θ、観察者の左右の眼の眼間距離をＷｅｙｅとすると、
    ２×Ｌ×ＴＡＮ（２θ／Ｎ）×Ｌ／２＜ Ｗｅｙｅ
    となるような視差数、視域角の時に前記黒表示を行うことを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
  6. 立体画像の前記レンズ表面からの距離ｚとし、視距離Ｌとすると、前記立体画像の幅ｗが
    ２×ＴＡＮ（２θ／Ｎ）×（Ｌ−ｚ）
    の値より小さい場合に前記黒表示を行うことを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
  7. 画像作製時の視距離をＬ、前記レンズのピッチをｌｐ、視域角を２θ、前記要素画素のピッチをｐｐとすると、前記飛び出し限界値Ｚｎｏおよび奥行き限界値Ｚｆｏは、
    Ｚｎｏ ＝ Ｌ×Ｄ／（１＋Ｄ）
    Ｚｆｏ ＝ −Ｌ×Ｄ／（１−Ｄ）
    と表され、ここでＤは、
    Figure 0004403162
     であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の立体画像表示装置。
  8. 複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、
    前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
    を備えている立体画像表示装置の立体画像の作製方法において、
    立体物体の飛び出しおよび奥行き座標位置を取得するステップと、
    前記座標位置の中うち、前記表示面に垂直な方向の座標において、前記立体物体の視差画像中、２視差ごとに１視差の画像に黒または前記立体物体の背後にある画像パターンを挿入するステップと、
    を備えたことを特徴とする立体画像の作製方法。
  9. 複数の画像がマトリクス状に配置された表示面を有する２次元表示装置と、
    前記２次元表示装置の表示面の前面に設けられ、複数の画素からなる要素画像に対応したレンズが複数並んで配置され前記画素からの光線を制御する光線制御素子と、
    を備えている立体画像表示装置における、それぞれの視差画像がデプスマップを有する視差画像群を用いる立体画像の作製方法であって、
    前記デプスマップにおいて飛び出し限界値より飛び出し位置が大きい場合かまたは奥行き限界値より奥行き位置にある画像に対して、２視差ごとの前記要素画像のうち１視差の画像を黒、あるいは前記立体物体の背後にある画像パターンを挿入するステップを備えたことを特徴とする立体画像の作製方法。
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